DE2611015A1

DE2611015A1 - ELECTRONIC OVERCURRENT RELAY

Info

Publication number: DE2611015A1
Application number: DE19762611015
Authority: DE
Inventors: Bernhard Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1977-09-15
Also published as: CH604403A5; NO770880L; JPS52111646A; SE7702716L; GB1527963A; DE2611015B2; BE852316A; FR2344161A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT - Unser Zeichen ^- O » I O 1 5 Berlin und München ** VPA 76 P 3712 BRDSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT - Our reference ^ - O »IO 1 5 Berlin and Munich ** VPA 76 P 3712 BRD

Electronic overcurrent relay

Die Erfindung befaßt sich mit einem Überstromrelais mit elektronischen Meß-, Verzögerungs- und Schaltgliedern, die von einem Stromwandler gesteuert werden.The invention relates to an overcurrent relay with electronic Measuring, delay and switching elements that are controlled by a current transformer.

Relais dieser Art haben die Aufgabe, Stromkreise bzw. darin befindliche elektrische Betriebsmittel zu überwachen und die Abschaltung der Stromkreise bzw. Betriebsmittel zu veranlassen, wenn ein Kurzschluß auftritt oder bestimmte Stromstärken überschritten werden. Für eine vollständige Überwachung elektrischer Anlagen reichen aber Relais dieser Art nicht aus, weil ihre Wirkung darin besteht, beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte ein Ausgangssignal abzugeben oder einen Schaltvorgang auszulösen. Dagegen kann der jeweils fließende Strom nicht abgelesen werden. Aus diesem Grund ist es üblich, zusätzlich anzeigende Meßinstrumente zu verwenden, an denen die Ströme abgelesen werden können. Zur Speisung der Meßinstrumente werden im allgemeinen Stromwandler benötigt, die einen für den Betrieb der Meßinstrumente geeigneten Sekundärstrom abgeben. Für die vollständige Überwachung einer elektrischen Anlage benötigt man daher im allgemeinen zwei Sätze von Stromwandlern, und zwar einen Satz für die Speisung der anzeigenden Meßinstrumente und einen weiteren Satz für ein Überstromrelais.Relays of this type have the task of creating circuits or those located therein monitor electrical equipment and arrange for the circuits or equipment to be switched off, if a short circuit occurs or certain currents are exceeded. For complete monitoring of electrical However, systems of this type are not sufficient for relays of this type, because their effect is to cause certain limit values to be exceeded Output signal or trigger a switching process. In contrast, the current flowing in each case cannot be read off. For this reason, it is customary to use additional indicating measuring instruments on which the currents can be read. To power the measuring instruments, current transformers are generally required which are suitable for operating the measuring instruments Output secondary current. To fully monitor an electrical system, you generally need two Sets of current transformers, one set for supplying the indicating measuring instruments and another set for one Overcurrent relay.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der Stromwandler in einer Anlage zu verringern, für die sowohl ein Überstromrelais als auch anzeigende Meßinstrumente vorgesehen sind. Gemäß der Erfindung ist hierzu vorgesehen, daß das von dem Stromwandler abgegebene Signal einer Eingangsschaltung mit einstell-The invention is based on the problem of the number of current transformers in a facility for which both an overcurrent relay and indicating measuring instruments are provided. According to the invention it is provided for this purpose that the signal emitted by the current transformer of an input circuit with adjustable

VPA 76 E 3705 cVPA 76 E 3705 c

Et 22 Sho / 4. 3.1976Et 22 Sho / 4th 3.1976

709837/0551709837/0551

barem Verstärkungsfaktor zugeführt und auf einen für jeden eingestellten Nennstrom gleichen Normalwert verstärkt wird, der den Auswertungsgliedern für Kurzschluß- und Uberstromauslösung und einem anzeigenden Meßinstrument zugeführt wird. Das Meßinstrument wird somit aus der Eingangsschaltung des Uberstromrelais gespeist. Der besondere Vorteil besteht hierbei darin, daß für alle Strombereiche und Nennströme nur ein einziger Typ eines Meßinstrumentes benötigt wird, da die Skale in Prozent des Nennstromes geteilt werden kann. Dies erleichtert es auch dem Betriebspersonal, den jeweiligen Betriebszustand zu erkennen, weil es nicht mehr erforderlich ist, einen angezeigten Absolutwert des Stromes in Beziehung zu einem zulässigen Strom oder Nennstrom zu setzen.available gain factor and to one set for each Rated current is amplified the same normal value that the evaluation elements for short-circuit and overcurrent tripping and is fed to an indicating measuring instrument. The measuring instrument is thus fed from the input circuit of the overcurrent relay. The particular advantage here is that only one type of measuring instrument is used for all current ranges and nominal currents is required because the scale can be divided as a percentage of the nominal current. This also makes it easier for the operating personnel to to recognize the respective operating state, because it is no longer necessary to relate a displayed absolute value of the current to set a permissible current or nominal current.

Entsprechend den Eigenschaften des vorgesehenen Meßinstrumentes kann es sich empfehlen, dem Meßinstrument unmittelbar einen weiteren Verstärker vorzuschalten. Dies macht eine besondere Auslegung der Eingangsschaltung des Uberstromrelais entbehrlich und gestattet dessen Verwendung sowohl mit als auch ohne Meßinstrument bei einfachem Aufbau.
20Depending on the properties of the measuring instrument provided, it may be advisable to connect a further amplifier directly upstream of the measuring instrument. This makes a special design of the input circuit of the overcurrent relay unnecessary and allows its use both with and without a measuring instrument with a simple structure.
20th

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to that shown in the figure Embodiment explained in more detail.

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines Uberstromrelais für ein dreiphasiges Wechselstromnetz für Kurzschluß- und Uberstromauslösung. Den Phasenleitern R, S und T ist je ein eisenloser Wandler 1, 2 und 3 zugeordnet, deren Ausgangssignale über je einen Koppelwiderstand 4, 5 und 6 den nichtinvertierenden Eingängen 7» 8 und 9 von Operationsverstärkern 10, .11 und 12 zugeführt werden. Die Ausgänge 13» 14 und 15 dieser Operationsverstärker sind über Dioden 16, 17 und 18 miteinander und über einen mehrstufigen Wahlschalter 19 sowie Widerstände 20 und 21 mit den invertierenden Eingängen 22, 23 und 24 verbunden. Der Wahlschalter 19 gestattet in Verbindung mit dem Widerstand 20 in der Stellung a, dem Widerstand 21 in der Stellung b und der direkten (widerstandsfreien) Stellung c eine gestufte Einstellung der Gegenkopplung und damit des Verstärkungsfaktors. Die Dioden 16, 17 und 18 entkoppeln die Operationsverstärker 10, 11 und 12 voneinander, soThe figure shows the basic circuit diagram of an overcurrent relay for a three-phase alternating current network for short-circuit and overcurrent tripping. The phase conductors R, S and T are each assigned an ironless converter 1, 2 and 3, their output signals via each a coupling resistor 4, 5 and 6 to the non-inverting inputs 7 »8 and 9 of operational amplifiers 10, 11 and 12 are fed. The outputs 13 »14 and 15 of these operational amplifiers are connected via diodes 16, 17 and 18 to each other and via a multi-stage selector switch 19 and resistors 20 and 21 connected to the inverting inputs 22, 23 and 24. The selector switch 19 allows in connection with the resistor 20 in the position a, the resistor 21 in the position b and the direct (resistance-free) Position c a stepped setting of the negative feedback and thus the gain factor. The diodes 16, 17 and 18 decouple the operational amplifiers 10, 11 and 12 from each other, so

VPA 76 E 3705 c 709837/0551 VPA 76 E 3705 c 709837/0551

daß ein gemeinsames Stellglied (Wahlschalter 19) für die Einstellung der Gegenkopplung verwendet werden kann, und bewirken gleichzeitig die Gleichrichtung des gemeinsamen Ausgangssignals, das dem höchsten Strom entspricht.that a common actuator (selector switch 19) for the setting the negative feedback can be used, and at the same time cause the rectification of the common output signal, the corresponds to the highest current.

An dem gemeinsamen Ausgang der Operationsverstärker 10, 11 und steht somit ein dem größten, in einer der Phasen R, S und T fließenden Strom entsprechendes gleichgerichtetes Spannungssignal zur Verfügung, das über einen einstellbaren Widerstand 25 dem invertierenden Eingang 26 eines weiteren Operationsverstärkers zugeführt wird. Der stufenlos einstellbare Widerstand 25 bildet zusammen mit einem am Ausgang 29 des Operationsverstärkers 27 liegenden Festwiderstand 28 ein einstellbares Gegenkopplungsnetzwerk .At the common output of the operational amplifiers 10, 11, there is one of the largest, flowing in one of the phases R, S and T Current corresponding rectified voltage signal available, the via an adjustable resistor 25 to the inverting input 26 of a further operational amplifier is supplied. The continuously adjustable resistor 25 forms together with a fixed resistor 28 located at the output 29 of the operational amplifier 27, an adjustable negative feedback network .

Der Widerstand 25 gestattet die Einstellung des Überstromrelais auf einen bestimmten gewünschten Nennstrom, der innerhalb der durch den Wahlschalter 19 eingestellten Bereiche liegt. Es sei z. B. angenommen, daß mit dem Wahlschalter 19 der einfache, dreifache und zehnfache Wert der mit dem Widerstand 25 wählbaren Ströme einstellbar ist. Überstreicht der Widerstand 25 somit z.B. 20 - 80 A, so ergeben sich je nach Stellung des Wahlschalters die Bereiche 20 - 80 A, 60 - 240 A und 200 - 800 A. Soll das Überstromrelais nun auf einen Nennstrom von 180 A eingestellt werden, so ist der Wahlschalter 19 in die mittlere Stellung b zu bringen, die eine Verdreifachung der an dem Widerstand 25 einstellbaren Stromwerte bewirkt. Der Widerstand 25 ist dementsprechend an seiner Einstellskale auf 60 A einzustellen. Am Ausgang 29 des Operationsverstärkers 27 steht dann ein von dem Absolutwert des Nennstromes unabhängiges normiertes Signal zur Verfügung, das den noch zu erläuternden Schaltungsteilen für die Kurzschlußauslösung und die Überlastauslösung zugeführt wird.The resistor 25 allows the overcurrent relay to be set to a specific desired rated current which is within the ranges set by the selector switch 19. Let it be B. assumed that with the selector switch 19 the single, triple and ten times the value of the currents that can be selected with the resistor 25 can be set. If the resistor 25 sweeps e.g. 20 - 80 A, the ranges 20 - 80 A, 60 - 240 A and 200 - 800 A result depending on the position of the selector switch Overcurrent relays are now set to a nominal current of 180 A, the selector switch 19 is in the middle position b which causes a tripling of the current values that can be set at the resistor 25. The resistor 25 is accordingly set to 60 A on its setting dial. At the output 29 of the operational amplifier 27 there is then one of the Absolute value of the nominal current independent normalized signal available, which the still to be explained circuit parts for the Short-circuit release and the overload release is supplied.

Zunächst gelangt das normierte Ausgangssignal über ein zur Unterdrückung von Einschaltstromstößen dienendes Schaltungsglied, das einen Widerstand 30 und einen Kondensator 31 sowie einen zur Abschaltung des Kondensators dienenden Schalter 32 umfaßt, anFirst, the normalized output signal arrives at a circuit element which is used to suppress inrush currents and which comprises a resistor 30 and a capacitor 31 and a switch 32 which is used to switch off the capacitor

VPA 76 E 3705 cVPA 76 E 3705 c

709837/0551709837/0551

den invertierenden Eingang 33 eines Operationsverstärkers 34, durch, dessen Ausgangsgröße ein Auslöserelais 35 geschaltet werden kann. Der Grenzwert in Vielfachen des eingestellten Nennstromes, bei dem das Relais 35 anziehen und damit eine Auslösung veranlassen soll, wird durch eine an den nichtinvertierenden Eingang 36 des Operationsverstärkers 34 angelegte Vergleichsspannung bestimmt, die mittels des Potentiometers 37 wählbar ist. the inverting input 33 of an operational amplifier 34, by whose output a trip relay 35 are switched can. The limit value in multiples of the set nominal current at which the relay 35 pulls in and thus tripping is to cause is determined by a comparison voltage applied to the non-inverting input 36 of the operational amplifier 34, which can be selected by means of the potentiometer 37.

Die von dem Operationsverstärker 27 bereitgestellte normierte Ausgangsgröße wird ferner an ein insgesamt mit 40 bezeichnetes Netzwerk angelegt, das in bekannter Weise aus einer Kombination linearer und nichtlinearer Bauelemente (Widerstände, Dioden, Z-Dioden) besteht und das zur Bildung der gewünschten Auslösekennlinie der ÜberStromauslösung dient. Angestrebt wird die sogenannte I «t-Kennlinie. Das mit Hilfe des Netzwerkes 40 geformte Signal gelangt an den invertierenden Eingang 41 eines Operationsverstärkers 42, der Bestandteil eines Integrationsstromkreises ist. Als integrierendes Glied dient ein Kondensator 43, der jedoch nicht direkt von dem Ausgang 44 des Operations-Verstärkers 42 aufgeladen wird, sondern über einen Transistor 45, dessen Basis 46 durch Anschluß an den positiven Pol der Betriebsspannung + Ug des Überstromrelais über eine Z-Diode 47 und einen Widerstand 48 in leitendem Zustand gehalten wird. Ist ein gewählter Grenzwert für die ÜberStromauslösung erreicht, d. h., ist der Kondensator 43 auf einen bestimmten Wert aufgeladen, so spricht der als Schmitt-Trigger geschaltete Operationsverstärker 50 an und bringt das Relais 51 zum Anziehen.The normalized output variable provided by the operational amplifier 27 is also applied to a network designated as a whole by 40, which in a known manner consists of a combination of linear and non-linear components (resistors, diodes, Z diodes) and which is used to form the desired tripping characteristic for overcurrent tripping . The so-called I «t characteristic is aimed for. The signal formed with the aid of the network 40 arrives at the inverting input 41 of an operational amplifier 42 which is part of an integration circuit. A capacitor 43 serves as the integrating element, but is not charged directly from the output 44 of the operational amplifier 42, but via a transistor 45 whose base 46 is connected to the positive pole of the operating voltage + Ug of the overcurrent relay via a Zener diode 47 and a resistor 48 is kept in the conductive state. Is a selected limit value is reached for the current trip, that is, the capacitor is charged to a certain value 43, the connected as a Schmitt trigger operational amplifier 50 responds and causes the relay 51 to put on.

Falls die Betriebsspannung + Ug und - Ug des Überstromrelais ausfällt, so würde sich bei bisher üblichen Integratorschaltungen der Kondensator 43 sofort über den Operationsverstärker 44 entladen, weil dessen Innenwiderstand ohne Vorhandensein einer Betriebsspannung verhältnismäßig gering ist. Im vorliegenden Beispiel jedoch verschwindet zugleich mit der Betriebsspannung auch die Steuerspannung an der Basis 46 des Transistors 45, wodurch dieser gesperrt wird.'Dies verhindert die unerwünschte plötzliche Entladung des Kondensators 43. Es bleibt somit dieIf the operating voltage + Ug and - Ug of the overcurrent relay fails, this would be the case with previously customary integrator circuits the capacitor 43 discharged immediately through the operational amplifier 44 because its internal resistance without the presence of a Operating voltage is relatively low. In the present example, however, it disappears at the same time as the operating voltage also the control voltage at the base 46 of the transistor 45, whereby this is blocked. This prevents the undesired sudden discharge of the capacitor 43. It thus remains the

VPA 76 E 3705 cVPA 76 E 3705 c

709837/0551709837/0551

jeweils vorhandene Aufladung des Kondensators erhalten, wenn man davon absieht, daß über einen längeren Zeitraum durch den Innenwiderstand des Transistors 45 und durch Selbstentladung ein allmählicher Ladungsabbau stattfindet.each existing charge of the capacitor obtained when one disregards that over a longer period of time by the internal resistance of the transistor 45 and by self-discharge gradual charge depletion takes place.

Eine bestimmte Aufladung des Kondensators 43 entspricht einer bestimmten thermischen Beanspruchung eines zu schützenden elektrischen Betriebsmittels, z. B. eines Motors. Ebenso entspricht einer natürlichen Abkühlung des Betriebsmittels die Entladung des Kondensators 43 durch einen parallel zu diesem geschalteten Widerstand 49, der jedoch hur bei leitendem Transistor 45, d. h. bei vorhandener Betriebsspannung wirksam ist. Die sofortige Entladung des Kondensators 43 entspricht daher einer plötzlichen Abkühlung des zu schützenden Betriebsmittels, was zu dessen Be-Schädigung oder Zerstörung führen kann, wenn der Betrieb bei noch vorhandener Überlastung fortgesetzt wird. In diesem Fall muß nämlich die Aufladung des Kondensators von neuem beginnen, wodurch sich die Auslösung (Anziehen des Relais 51) verzögert. In dem vorliegenden Beispiel bleibt dagegen die Ladung des Kondensators 43 bei einer Unterbrechung der Stromversorgung des Überstromrelais erhalten. Kehrt nun die Betriebsspannung zurück, so wird die Aufladung des Kondensators 43 bei fortdauernder Überlastung des zu überwachenden Stromkreises bzw. Betriebsmittels praktisch von dem Wert ausgehend fortgesetzt, bei dem sie unterbrochen wurde.A certain charge of the capacitor 43 corresponds to a certain thermal stress of an electrical to be protected Equipment, e.g. B. an engine. Discharge also corresponds to a natural cooling of the equipment of the capacitor 43 by a resistor 49 connected in parallel to this, but which is only activated when the transistor 45 is conductive, i. H. is effective when the operating voltage is available. The immediate discharge of the capacitor 43 therefore corresponds to a sudden one Cooling of the equipment to be protected, which can lead to its damage or destruction if the operation is still continued overload. In this case, namely, the charging of the capacitor must begin again, whereby tripping (activation of relay 51) is delayed. In the present example, however, the charge on the capacitor remains 43 in the event of an interruption in the power supply to the overcurrent relay obtain. If the operating voltage now returns, the capacitor 43 will be charged if the overload continues of the circuit or equipment to be monitored practically continued from the value at which it was interrupted.

Dies führt zu der gewünschten rechtzeitigen Auslösung und Abschaltung. This leads to the desired timely tripping and shutdown.

Durch die.Z-Diode 47, die sich in dem Steuerstromkreis des Transistors 45 befindet, wird dafür gesorgt, daß bei absinkender Betriebsspannung der Transistor 45 gesperrt wird, bevor der Operationsverstärker seine Funktionsfähigkeit verliert und in den niederohmigen Zustand übertritt.By die.Z-Diode 47, which is in the control circuit of the transistor 45 is located, it is ensured that when the operating voltage drops, the transistor 45 is blocked before the operational amplifier loses its functionality and goes into the low-resistance state.

Durch die von dem Operationsverstärker 27 abgegebene normierte Ausgangsspannung wird außer den Schaltungsteilen für Kurzschluß- und Überlastauslösung noch ein anzeigendes Meßinstrument 55 betrieben, und zwar nach Verstärkung durch einen Operationsverstär-Due to the normalized output voltage emitted by the operational amplifier 27, in addition to the circuit parts for short-circuit and overload release still operated an indicating measuring instrument 55, namely after amplification by an operational amplifier

VPA 76 E 3705 cVPA 76 E 3705 c

70 9 837/055170 9 837/0551

ker 56. Die Skale 57 des Meßinstrumentes 55 ist in Prozent des Nennstromes geteilt, so daß für den gesamten von dem Überstromrelais erfaßbaren Bereich von Strömen nur ein Instrument und eine Skale benötigt werden. Das Meßinstrument ist sowohl bei einphasiger als auch bei der beschriebenen dreiphasigen Ausführung der Eingangsschaltung verwendbar. Bei mehrphasiger Ausführung ergibt sich der Vorteil, daß stets der höchste Strom angezeigt wird, der in einer der Phasen fließt. Vor allem aber erzielt man eine Ersparnis durch den Wegfall besonderer Stromwandler, die man bisher zum Betrieb von Strommessern benötigte.ker 56. The scale 57 of the measuring instrument 55 is in percent of the Rated current divided so that for the whole of the overcurrent relay detectable range of currents only an instrument and a scale are required. The measuring instrument is at both single-phase as well as with the described three-phase version of the input circuit can be used. With multi-phase execution there is the advantage that the highest current that flows in one of the phases is always displayed. But above all, achieved savings are made by eliminating special current transformers that were previously required to operate ammeters.

In dem Schaltbild sind die zur Bereitstellung der Betriebsspannung + U-o und - Un dienenden Bauelemente fortgelassen. Diese Elemente sind allgemein bekannt und bedürfen daher keiner gesonderten Erläuterungen. Jedoch sind in dem Schaltbild an den Stellen, die des Anschlusses an die Stromversorgungseinrichtung bedürfen, jeweils die Bezeichnungen + Ug bzw. - Un angebracht.The circuit diagram shows those for providing the operating voltage + U-o and - Un serving components omitted. These elements are generally known and therefore do not require any special explanations. However, in the circuit diagram at the points that need to be connected to the power supply, the designations + Ug and - Un are attached.

7 Ansprüche
1 Figur7 claims
1 figure

VPA 76 E 3705 cVPA 76 E 3705 c

709837/0551709837/0551

Leelee

r s e i t ersei t e

Claims

1. Overcurrent relay with electronic measuring, delay and Switching elements which are controlled by a current transformer, characterized in that the current transformer (1, 2, 3) The output signal is fed to an input circuit (10, 11, 12; 27) with an adjustable gain factor and on a for every set nominal current is amplified with the same normal value that the evaluation elements for short-circuit tripping (34, 35, 37) and over-current trip (40, 42, 43, 50, 51) and an indicating Measuring instrument (55) is supplied.

2. Overcurrent relay according to claim 1, characterized in that the measuring instrument (55) is preceded by a further amplifier (56) and that the scale (57) is divided as a percentage of the nominal current is.

VPA 76 E 3705 c 709837/0551